化工原理計算試題

其讀數(shù)F=20mm其讀數(shù)F=20mmAB兩點間的垂直距離為少mmH,(3)若管路水平放置離心泵的計算1計算題j01b10029如圖所示，水通過傾斜變徑管段(AB),n=100mmDb=240mm,水流量為2m3/min,在截面A與B處接一U形水銀壓差計,h=0,3m試求:(1)試求AB兩點的壓差等于多少Pa?(2)A、B管段阻力損失為多而流量不變，U形水銀壓差計讀數(shù)及A、B兩點壓差有何變化？計算題j01b10029(題分：20)Ua=(2/60)/[(j/4)X(0.10)2]=4.244m/s,Ub=4.244X(1/2.4)2=0.7368m/sPa/出ua2/2=gh+pJ仔ub2/2+Yhf---pA(gh+pJ0=(p-PgRPPa-Pb=(：)gR+:二gh=(13.6-J)X103X9.81X0.020+103X9.81X0.3=5415PaIb=(pJP-gh—pJ9+Ua2/2-ub2/2=(P—伊gR科ua2/2-ub2/2=(13.6—1)X9.81X0.020+(4.244)2/2-(0.7368)2/2=11.2J/kg即S=Rhf=103x11.2=11.2X103Pa換成mmHg:；T-t=.pf/(&g)=11.2x103/(13.6X103X9.81)=0.0839mHg=83.9mmHgpA/件ua2/2=pJ田ub2/2+5ht.「Ua、Ub、Iht均不變，故(P—9gR/牝值不變即R不變，R=片20mm水平放置時Pa-Pb=(13.6」)刈03咫81@020=2472Pa比傾斜放置時的壓差值小。2計算題j02b20067(20分)如圖所示的輸水系統(tǒng)，輸水量為36nVh,輸水管均為小80x2mm的鋼管，已知水泵吸入管路的阻力損失為0.2m水柱，壓出管路的阻力損失為0.5m水柱，壓出管路上壓力表的讀數(shù)為2.5Kgt/cm2。試求：水泵的升揚高度；若水泵的效率7)=70%,水泵的軸功率(KW);水泵吸入管路上真空表的讀數(shù)(mmHg柱)。注：當?shù)卮髿鈮簽?50mmHg柱。

U=36/3600/(0.785X0.0762)?2.2m/s在2-2與3-3截面列B.eq.5分22Z2+P/pg+U/2g+He=Z3+P3/pg+U/Zg+Hf2-3U2=U3不計Hf2-3He=(Z3-Z2)+(P3+F2)/pg=0.2+(2.5+0.525)/(103X9.81)X9.81X104=30.5mH2O柱在1-1與4-4列B.eq.He=△Z“+Hf1-4+Hf3-4△Z“=He-(Hf1-4+Hf3-4)=30.5-(0.2+0.5)=29.8m;升揚高度為29.8mFa=Heqvpg/周=30.5X0.01X103x9.81/0.7=4.27KW3分在1-1與2-2列B.eq,得5分0=Z2+(-F)/pg+U22/2g+Hf1-F=Z2Pg-U22p/2-Hf1-pg=-(4.8X103X9.8+2.2/2X103+0.2X103X9.81)=-515X102N/M2=515X102/(0.981X105)X735.6=386mmHg俵)-F2=真空度：吸入管路上真空表讀數(shù)為386mmHgft=0.525atj01c20113用離心泵將原油從油庫沿管內徑為0.15m、長2公里(包括局部阻力的當量長度)的水平管送往煉油廠。輸油量為40nVh。油泵的總效率為0.65,求泵的軸功率。某天，該油泵突然發(fā)生故障，于是開動一臺備用泵，其壓頭僅為原來泵的80%,問此泵能輸送原油多少m/h。輸送條件下，原油的密度為890kg/m3,粘度為0.4Fas。設油庫和煉油貯罐均為常壓。答案：該題條件下，油泵所耗功率完全用于克服管路阻力。⑴A=(無/4)(0.15)2=0.0177m2u=40/(3600X0.0177)=0.63m/sRe=dup/g=0.15X0.63X890/0.4=210(層流)入=64/Re=64/210=0.3041~1=入(1/€1)色2/2g)=0.304X(2000/0.15)X[0.632/(2X9.81)]=82.1mWs=40X890/3600=9.9kg/s:N=82.1X9.81X9.9/(1000X0.65)=12.3kw⑵H'=0.8Hf=65.7m△Ff=65.7X9.81X890=5.736X105N/m對于層流^Ff=32lau/d??.u=AFfd/(32lr)=5.736X105X0.15/(32X2000X0.4)=0.504m/sV=3600X0.504X0.0177=32.1m3/hj01a150616如圖，離心泵將敞口槽中的堿液打入吸收塔，泵吸入管路為())108><4mm長2m的鋼管。泵壓出管路為小76x3mm長30m的鋼管，壓出管路上裝有標準閥一只，閘閥一只，90c彎頭4只。在壓出管路上還裝有孔板流量計，孔板孔徑為40mm孔流

系數(shù)C=0.62,水銀差壓計讀數(shù)R=456mm吸收塔噴咀處壓力為0.5kgf/cm2(表壓)，堿液密度P=1100kg/m3,泵的效率n=0.6,直管阻力系數(shù)入=0.02(吸入、壓出管道取近似相同值)，￡彎頭=0.75,￡標準閥=6,￡閘閥=0.17,E孔板=8,試求泵所需功j01a150616FaFaV=(無/4)X0.042X0.62[2gX0.456X(13600-1100)/1100]0.5=0.00785m3/sui=0.00785/[(無/4)X0.12]=1m/su。=1X(0.1/0.07)2=2.04m/s2hf=(0.02x2/0.1+0.5)x12/2g+(0.02X30/0.07+4X0.75+6+0.17+8)X2.042/2g=5.51mHe=5.51+(20-1.5)+0.5X104/1100+2.042/2g=28.77mN=28.77X0.00785X1100/(102X0.6)=4.084kw5.j02b100556用泵將貯槽1中的石油送至高位槽2中，兩槽液面恒定不變，且其液面差為15m。管子規(guī)格為689X4.5mm，管路總長為200m(包括局部阻力的當量長度內。)要求流量為21m3/h。已知石油密度為920Kg/m3,粘度為0.5N.S/m2試計算：(1)由于阻力引起的壓降；(2)泵的有效功率；(3)整理并寫出管路特性曲線方程(注明式中變量的單位)答案：(1)△P=入(1/d)(pU12)U=21/(3600X0.785X0.082)=1.16m/sRe=0.080X1.16X920/0.5=170,8層流入=64/Re=0.374△P=0.374x(200/0.08)X920X1.162/2=5.79X105N/m2Ehf=5.8X105/920=629.9J/KgNe=QHP71000H=gAZ+Ehf=9.81X15+629.9=777J/KgNe=21X920X777/(3600X1000)=4.17KW在層流范圍內L=AZ+Ehf/g=△Z+64/(duP/g)X(E1/d)(1/2g)(Q2/(0.785d2)2)=15+1.104X104QQ為m/s6.j02b150646欲用離心泵在兩敞口容器間輸液，該水泵銘牌標有：流量39.6m3/h,揚程15m軸功率2.026.j02b150646使用是否可以？如不可時采用什么措施才能滿足要求效率80%配用2.8KM機，轉數(shù)1400r/min。今欲在以下情況使用是否可以？如不可時采用什么措施才能滿足要求(要用計算結果說明)(1)輸送比重為1.(2)輸送比重為(1)輸送比重為1.(2)輸送比重為0.(3)輸送比重為0.3/h,揚程30m3/h,揚程30m3/h,揚程15m8的油類，流量為40m9的清液，流量為30m答案：(1)電動機功率不夠N=38/3600X15X1800/(102X0.8)=3.5KW換大電機(2)揚程不夠H/H'=(n/n')H/H'=(n/n')215/30=(1400/n，)2n增加n=198。轉/分。檢查功率：N/N'=(n/n')32.02/N'=(1400/1980)：=1980N'=5.72KW換一電機功率為5.72KVyn=198。轉/分。(3)可以使用。通過關小出口閥調節(jié)至工作點。j01c201218如下圖所示的輸水系統(tǒng)，用泵將水池中的水輸送到敞口高位槽，管道直徑均為小83x3.5mm,泵的進、出管道上分別安裝有真空表和壓力表，真空表安裝位置離貯水池的水面高度為4.8m,壓力表安裝位置離貯水池的水面高度為5m當輸水量為36n3/h時，進水管道的全部阻力損失為1.96J/kg,出水管道的全部阻力損失為4.9J/kg,壓力表的讀數(shù)為2.5kgf/cm2,泵的效率為70%試求：⑴兩液面的高度差H為多少m?⑵泵所需的實際功率為多少KW?⑶真空表的讀數(shù)多少kgf/cm2?解：⑴取截面0-0,1-1,2-2,3-3如圖，在截面2-2和3-3間列柏努利方程以2-2為基準面(目的求H)H?g+(p2/p)+(u22/2)=H3g+(P3/p)+(U32/2)+hf2-3???1[at]=9.807X104N/M=1[kg/cm2]u=Q/A=(36/3600)[(無/4)0.0762]=2.21m/s(2.5X9.807X104/103)+(2.212/2)=H3X9.81+4.9245.2+2.44=9.81H3+4.9H3=242.74/9.81=24.74[m]H=H+5=24.74+5=29.74[m]⑵在0-0和3-3間列柏努利方程以0-0為基準面(求We)Hg+(p0/p)+(u02/2)+We=H3g+(p3/p)+(u32/2)+hf0-3We=Hg+hf0-3=29.74X9.81+(1.96+4.9)=298.62[J/kg]Ms=Vsp=(36/3600)X103=10[kJ/s]Ne=Ms-We=10X298.62[W]N實=Ne/n=2986.2/0.70=4267[W]=4.267[kW]⑶在C-C和H間列柏氏方程以0-0為基準面Hg+(p0/p)+(u02/2)=H1g+(p1/P)+(u；/2)+hf0-1(papj/p=4.8X9.81+(2.212/2)+1.96=51.49m2/s2=51.49x103/(9.807x104)[at]=0.525[kgf/cm2]j02b20066用一離心泵將20c的水，由池中送至高位槽C。其流程如圖a所示。已知泵的排出口壓力表B讀數(shù)為2.5at(表壓)，排出段管總長為180m(包括局部阻力的當量長度)，系統(tǒng)的摩擦系數(shù)人可取0.024。其它數(shù)據(jù)如圖a所示。試求：(1)系統(tǒng)輸送的流量m/h；(2)若系統(tǒng)所用泵為3B33型離心泵，其特性曲線如圖b所示。試求泵的工作點及克服系統(tǒng)阻力所耗的軸功率；(3)如果泵的吸入底閥A輕微堵塞，則系統(tǒng)的流量、泵的揚程及出口壓力表讀數(shù)有何變化？若嚴重堵塞有何現(xiàn)象發(fā)生？試用圖說明。j02b20066解：(1)qv=?m7h5分在B-B及C-C面上列柏努利方程UB2/2g+Pb/pg+Zb=U2/2g+0+Zc+匯Hfb-cUc=0

3Hf=入(1旬)11B2/2g(入(l/d)-1)UB2/2g=25-18=7.0U2/2g=7/(入(1/d)-1)=7/(0.024X180/0.1-1)=0.166;UB=1.8m/sqv=(無/4)d2Ub=(無/4)X0.12X1.8=0.01417m3/s=51.0m3/h(2)⑴工作點：由qv查圖b得工作點P(51,31)10分H=31.0mri=70%⑵Pf=?在0-0及C-C列方程：0+H=Zc+EHf0,CEHf0.C=H-Zo匯Hf=31-(18+0.5+1.5)=11.0Pf=11X51X1000X9.81/(3600X0.7X103)=2.18KWTOC\o"1-5"\h\z⑶略5分j01b1518315m處安有如圖所示，槽內水位維持不變。槽底部與內徑為100mmi15m處安有一個指示液為汞的U形壓差計，測壓點與管路出口端之間距離為20nl(1)當閘閥關閉時測得R=600mmih=1500mm當閘閥部分開啟時，測得R=400mimh=1400mm管路摩擦系數(shù)取0.02,入口處局部阻力系數(shù)取0.5,問每小時從管中流出水量為多少mo(2)當閥全開時(取閘閥全開Le/d=15,入=0.018),測壓點B處的靜壓強為若干N/m2(表壓)。j01b15183解：(1)當閘閥全關時，根據(jù)靜力學關系：(Zx+h)pg=Rpwg得水槽液位高度：Z=RpHg/p-h=0.6X13.6-1.5=6.66m閘閥部分開啟時列A-A與B-B截面伯努利方程式Z\=UB2/2g+FB/Pg+匯hfABPB/pg=(RpHg-hp)/p=(0.4X1.36X104-1.4X1000)/1000=4.04mZA-FB/pg=UB2/2g+(入(L/d)+1)ub2/2g=(1+入(L/d)+()ub2/2g4.04=(1+0.02X15/0.1+0.5)Ub2/2g=4.5U2/2gUb=2.6229.81/4.5=3.38m/sV=(無/4)Xd2UX3600=0.785X0.12X3.38X3600=95.5m3/h當閘閥全開時，列A-A與C-C截面伯努利方程：ZA=Uc2/2g+EhfA-c=(1+入(L+Le)/d+1)u「/2g6=(1+0.018(35/0.1+15)+0.5)//2g解彳導Uc=4.02m/s由A-A與B-B截面間伯努利方程式得：ZA=UB2/2g+FB/pg+EhfAB2.=R/pg+(l+入(L/d)+()ub/2g:圍Pg=ZA-(1+入(L/d)+()ub2/2g=6.66-(1+0.018X15/0.1+0.5)X4.022/(2X9.81)=3.20mFB=3.20X1000X9.81=3.14X104N/m210.[三]計算題(15分)j01b20095某液體密度800kg/m3,粘度73cF,在連接兩容器間的光滑管中流動，管徑300mm總長為50m(包括局部當量長度)，兩容器液面差為3.2m(如圖示)。求：⑴管內流量為多少？⑵若在連接管口裝一閥門，調節(jié)此閥的開度使流量減為原來的一半，閥的局部阻力系數(shù)是多少？按該管折算的當量長度又是多少？層流：入=64/Re；湍流：入=0.3164/Re0.25j01b20095⑴在1-1面和2-2面之間，列柏式以2-2面為基準面：U1=U2=0gz1=2hf1-2=入(l/d)(u2/2)設流體流動符合柏拉修斯公式：入=0.3164/Re0.25Re=dup/ggz1=(0.3164/Re0.25)(l/d)(u2/2)=[0.3164/(P/g)0.25](l/d1.25)(u1.75/2);u1.75=2gz1/{[0.3164/(P/g)0.25]x(i/d1.25)}=2X9.81X3.2/{[0.3164/(800/0.073)0.25](50/0.31.25)}=9.01542??.u=3.513m/s驗證：Re=0.3X3.513X800/0.073=11550>3000,假設正確：V=Su=(無/4)d2u=(無/4)(0.3)2X3.513X3600=893.95(m3/hr)⑵流量減半，即是流速減半u=3.513/2=1.7565m/sRe=5775符合柏拉斯式條件列1-1面至2-2之間的柏式：gz1=[(0.3164/Re0.25)(l/d)+S(u2/2):.乙=2gz1/u2-(0.3164/Re0.25)(l/d)=2X9.81X3.2/1.75652-(0.3164/57750.25)X(50/0.3)=14.3又((u2/2)=入(le/d)(u2/2)=(0.3164/Re0.25)(le/d)(u2/2)(=(0.3164/Re0.25)(le/d)le=(d(/0.3164)Re0.25=(0.3X14.3/0.3164)X57750.25=118.2(m)傳熱過程計算1j04c2012614有一套管換熱器，由內管為654x2mm,套管為小116X4mm的鋼管組成。內管中苯自50C被加熱至80C,流量為4000kg/h。環(huán)隙中為2at（絕）的飽和水蒸汽冷凝。蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為10000W/m.C。已知：苯在50-80C之間的物性數(shù)據(jù)平均值為：P=880kg/mICF=1.86.86kJ/kg.C入=0.134W/m.C,g=0.39cF管內側污垢熱阻R1=0.0004m2.C/W管壁及管外側污垢熱阻不計。蒸汽溫度與壓強關系如下表所示壓強at（絕）1.02.03.0溫度℃99.1120133試求：A）管壁對苯的對流傳熱系數(shù);B)套管的有效長度；C)若加熱蒸汽壓力降為1at(絕)，問苯出口溫度有何變化？應為多少？解：(1)Re=d.GZg=[0.05X4000/(3600X無/4X0.052)]/(0.39X10-3)_4

=7.2586X10Pr=CF*g/人=1.86X103x0.39X10-3/0.134=5.4a1=0.023人/d(Re)0.8(Pr)0.4=(0.023X0.134/0.05)X(7.2586X104)0.8X5.40.4=936.4W/m2.C(2)Q=4000/3600X1.86X103(80-50)=6.2X104W1/K1=1/936.4+1/10000+0.0004;K1=637.8W/m2.℃△tm=((120-50)-(120-80))/In(120-50)/(120-80)=53.6CA1=Q/(K1△tm)=6.2X104/(637.8X53.6)=1.814m21=A1/(無d內)=1.814/(無X0.05)=11.55m(3)K不變，A不變，T變?yōu)?9.1C,苯的流量及比熱均不變。設出口溫度為t2'，在新條件下，傳熱速率方程變?yōu)镼=GCp(V-t1)=KAAtm4000/3600X1.86X103(t2'-50)=637.8X1.814((99.1-50)-(99.1-t2'))/In(99.1-50)/(99.1-t2')解得1n(99.1-50)/(99.1-tz')=0.5598t2'=71℃2、j04b200891(20分)用一傳熱面積為3m由())25><2.5mmW管子組成的單程列管式換熱器，用初溫為10c的水將機油由200c冷卻至100c,水走管內，油走管間。已知水和機油的質量流量分別為1000kg/h和1200kg/h,其比熱分別為4.18kJ/kg.K和2.0kJ/kg.K;水側和油側的對流傳熱系數(shù)分別為2000W/m.K和250W/m.K,兩流體呈逆流流動，忽略管壁和污垢熱阻。A)計算說明該換熱器是否合用？B)夏天當水的初溫達到30C,而油的流量及冷卻程度不變時，該換熱器是否合用？如何解決？(假設傳熱系數(shù)不變)2.(20分)j04b2008910解：(1)Q1=1200X2X(200-100)=240000KJ/hQ2=Q,t2=t1+Q/(mP2-Cr)=10+24000/(1000X4.18)=67.4C△tm=(123.6-90)/ln(123.6/90)=110C1/K1=1/a什&/(a2?d2)=1/250+25/(2000X20)K1=216.2W/m2KA1=Q/(K△tm)=240000X103/(216.2X3600X110)=2.8m2<3ni故適用⑵t1=30C時12=30+240000/(1000X4.18)=87.4C△tm=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6CA1=240000X103/(3600X89.6X216.2)=3.45m2>3mi不適用解決辦法是調大水量，使12J,△tmT,并使aT,KT3.j04c201288在逆流操作的列管換熱器中，把氫氧化鈉溶液從70c冷卻到35C,氫氧化鈉走管內，流量為1.11kg/s，比熱為3770J/kg.K,氫氧化鈉對管壁的對流傳熱系數(shù)為930W/m.k現(xiàn)用15C的水作為冷卻劑，水走管外，流量為1.67kg/s,比熱為4180J/kg.K,管壁對水的傳熱系數(shù)為1000W/nn.K,(管壁熱阻及垢阻略計),忽略熱損失(可近似按平壁處理)試求：A)冷卻劑出口溫度及所需傳熱面積；B)操作中若氫氧化鈉及水的初始溫度不變，而兩流體的流量都增大一倍，則流量增大后的冷、熱流體的出口溫度變?yōu)槎啻螅?假設兩流體均為湍流，其物理性質不變，傳熱溫度差可取用算術平均值)。解：1)Q=G1CF1(T1-T2)=1.11X3770X(70-35)=146464.5W忽略熱損失，則Q=G2CP2(t2-t1)即146464.5=1.67X4180(t2-15)解得t2=36℃---△t1/△t2<2:Atm=(34+20)/2=27℃???為薄壁園筒，：按平壁近似計算K=a1a2/(a1+a2)=930X1000/(930+1000)=481.9W/m2.KA=Q/KAtm=146464.5/(481.9X27)=11.3m22)忽略熱損失，Q吸=、放2G1CP1(T1-T2')=2G2CP2(t2'-t1)2X1.11X3770(70-T2')=2X1.67X4180(t2'-15)得T2'=95-1.67t2'①傳熱速率方程式：Q=K'AATm'=2G1CP1(70-T2')其中：K'=1/(1/(2X930)+1/(2X1000)=838W/m2.K,一一八2A=11.3m△tm'=((70-t2')+(T2'-15))/2=(55+T2'-t2')/2代入原公式：838X11.3X(55+T2'-t2')/2=2X1.11X3770X(70-T2')得：2.77T2'-68.7=t2'②聯(lián)立方程①與②得：T2'=37.3℃(升高了)t2'=34.6℃(冷卻水溫度下降)j04b15109690C的正丁醇，在逆流換熱器中被冷卻到50C,換熱器的換熱面積為6m：傳熱系數(shù)K=230W/nr)C,正丁醇的流量為1930Kg/h。冷卻介質為18c水，熱損失可以忽略。求：A)冷卻水出口溫度；B)冷卻水消耗量。70c正丁醇Cp=2.98KJ/Kg.C水Cp=4.187KJ/Kg.C解：q=GhCPh(T1-T2)=(1930/3600)X2.98XI03(90-50)=6.39X104wAtm=Q/KA=6.39X10V(230X6)=46.3℃△tm=((r-t2)+(T2-t1))/2=((90-t2)+(50-18))/2=61—t2/2=46.3*'-t2=29.4cQ=GcCP(t2-t1)???冷卻水消耗量Gc=Q/(CPc(t2-t1))=6.39X104/(4.18X1000X(29.4-18))=1.34kg/s=4.8X103Kg/hAt1=90-29.4=60.6C△12=50-18=32CAt1/At2=60.6/32=1.89<2故平均溫度差采用算術均是可以接受的.5.j04c20119在某列管式換熱器中，將一定量的空氣加熱?？諝庠诠軆茸魍牧髁鲃樱柡退羝诠芡饫淠?。今因生產(chǎn)任務加大一倍，除用原換熱器外，尚需加一臺新?lián)Q熱器。如果使新舊兩臺換熱器并聯(lián)使用，且使二臺換熱器在空氣流量、進、出口溫度及飽和

蒸汽溫度都相同的條件下操作。原換熱器列管數(shù)為n1,管內徑為d1,管長為11,而新?lián)Q熱器管數(shù)為n2(n2=2n1),管內徑為d2(d2=0.試問新?lián)Q熱器管長1解：原換熱器：試問新?lián)Q熱器管長1解：原換熱器：2為原換熱器管長11的幾倍。CP2(Atm1=△tm2a0cRe0.8X(1/d1)JU。.8/CTRe=CP2(Atm1=△tm2a0cRe0.8X(1/d1)JU。.8/CTRe=V2即:2n1(x/4)d1無/4)d22U2n1(兀/4)125)/(nK'/K=(2U1)-0.80.2=2/(1/2).A'=KA/K'20.8(無/4)d22(di/2)0.2/U2110.81/d0.21Q1=W2CP2(t2新?lián)Q熱器:A'△tm2n27td2L2=n1xd1L1X1/2n1無孔L1/(2n1無d1/2)X2=L1/26.04c2012212某廠在由177根（））25X2mm,長3m的鋼管構成的單殼程單管程列管換熱器內，用132.9C的飽和水蒸汽在管間冷凝，將管內作湍流流動的常壓乙烯氣體加熱。已知乙烯氣體流量為0.6kg/s,進口溫度為20C,在操作條件下的密度為1kg/m3,比熱為1.84kJ/kg.C,對流傳熱系數(shù)為53W/niC,飽和水蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)為8000W/mC,可忽略管壁及垢層熱阻。A）確定乙烯氣體出換熱器時的溫度；B）若乙烯氣體通過換熱器的壓降要求不超過0.01kgf/cm：通過換熱器的總長度（包括局部阻力當量長度）為5.5m,摩擦系數(shù)入=0.04,試確定該換熱器最多能允許通過多少kg/s的乙烯氣體？C）當乙烯氣體流量增加到最大允許量，且要求進出口溫度保持不變時，若鍋爐能供給該換熱器的水蒸汽最高壓力為3kgf/cm（表壓）（即T=142.9C），問此蒸汽能否滿足傳熱要求?04C2012212解：(1)Q=WCP(t2-t1)=0.6CP(t2-20)Q=KAAtm2Ai=n7tdiL=177xX0.021X3=35.012mai<<a0Ki=1/(1/a1+1/a2)=1/(1/53+1/8000)=52.65W/m2.℃則0.6X1.84X103X(t2-20)=52.65X35.014X(t2-20)/1n(132.9-20)/(132.9-t2)1n(112.9/(132.9-t2))=1.668112.9/(132.9-t2)=5.304704.89-5.304t2=112.9：t2=111.61C(2)△P=0.01kgf/cm=0.01X9.804X104=9.807X102Pa△P=入1/dXU2/2Xp=0.04X5.5/0.021XU2/2X19.807X102=0.04X5.5/0.021XU2/2?.U=13.683m/sW=n無/4diUP=177X0.785X0,0212X13.683=0.8389Kg/s(3)Q=WCP(t2-t1)=0.8389X0.44X4.187X(111.612-20)=141586.85J/s=141.59KJ/sai=53X(0.8389/0.6)0.8=69.3W/m:CK=l/(1/69.3+1/8000)=68.705W/m2.CQ=KA△tm△tm=(111.612-20)/In(142.9-20)/(142.9-111.612)=66.96CQ=68.705X35.032X66.96=161167.2J/s=161.167KJ/s因高于需要的Q=141.59KJ/s,故能滿足要求。7.j04c2011612有一套管換熱器，內管為小54X2mm,外管為小116X4mm的鋼管?，F(xiàn)用120c的飽和水蒸汽加熱苯，將苯由50C加熱至80C,苯在內管中以4000kg/h流量流動，試求：A)加熱蒸汽消耗量；B)所需套管的有效長度；C)由于某種原因，加熱蒸汽的溫度降為110C,苯的出口溫度將變?yōu)槎嗌伲?假設a苯不變)(在50?80c范圍內，苯的物性為：Cp=1.86kJ/kg.℃,g=3.9X10Pa.s,入=0.145W/m.C,P=880kg/m\鋼的導熱系數(shù)為45W/m.C,120C時水蒸汽冷凝潛熱r=2205kJ/kg,蒸汽側對流傳熱系數(shù)a汽=10000W/m.C,壁兩側垢層熱阻及換熱器熱損失均可忽略，加熱蒸汽冷凝液在飽和溫度下排出。)j04c2011612解：傳熱量Q=WcCp△t=4000X1.86X(80-50),蒸汽消耗量Wh=4000X1.86X(80-50)/2205=101.2Kg/hu=4000/(3600X880X(無/4)X(0.05)2)=0.643m/sRe=0.05X0.643X880/(3.9X10-4)=72500Re0，8=725000.8=7731.6Pr=Cpr/人=1.86X103x3.9X10-4/0.145=5Pr0.4=1.9a苯=(0.023人/th)Re0.8Pr0.4=0.023X0.145/0.05X7731.6X1.9=980W/m.Ca汽=10000W/(m2.C)Ko=l/[1/a汽+(b/入)(do/dm)+do/(a苯di)]=1/[1/10000+0.002X54/(45X52)+54/(980X50)]=802W/(m2.C)△tm=((120-50)+(120-80))/2=55cQ=WcCpAt=KAtm7tdo1=4000義1.86X1000X30/(802*55義兀X0.054X3600)=8.29m設苯出口溫度為tC則Atm'=((110-50)+(110-t))/2=85-0.5tq'=4000X1.86X(t-50)X1000/3600=K無do1△tm'4000X1.86X(t-50)X1000/3600=802無X0.054X8.29(85-0.5t)2067t-103300=95800-563.6t;t=75.7C或Atm=((110-50)-(110-t))/In(110-50)/(110-t)=(t-50)/1n(60/(110-t))4000X1.86X(t-50)X1000/3600=802無X0.054X8.29X(t-50)/1n(60/(110-t))1n(60/(110-t))=0.546,解得t=75.2℃8.j04c201298在某套管式換熱器中，每小時將1200kg,比熱為2.2kJ/kg.C的甲流體從120c冷卻到70C,熱流體向管壁的對流傳熱系數(shù)ao=260W/mC。乙流體在內管與甲流體呈逆流流動，由20c被加熱到50C,平均溫度下其粘度為0.72X10-3Pa.s,比熱為4.18kJ/kg.C。內管尺寸為小57x3.5mm,管壁向乙流體的對流傳熱系數(shù)a1=880W/mC,內管兩端的壓強降△p。由于任務需要，欲將內管兩端壓強降調至34p,并要求維持原來的冷卻任務，問原換熱器是否適用？乙流體進口溫度仍為20C,忽略熱損失及管壁，垢層的熱阻。壓強降改變后認為兩流體的物性常數(shù)及摩擦系數(shù)均沒有變化。j04c201298解：傳熱速率方程為Q=Ko-Ao?Atm其中Q=(1200/3600)X2.2X103X(120-70)=36700W△tm=[(120-50)-(70-20)]/ln[(120-50)/(70-20)]=59.4CKo=1/[1/ao+do/(d1ai)]=1/[1/260+57/(50X880)]=195W/m2CAo=36700/(195X59.4)=3.2m2Ao為換熱器所具有的傳熱面積.熱損失可忽略，故熱平衡方程為：m1Cp1(t2-ti)=Q=36700：m1=36700/[4.18X103X(50-20)]=0.2926kg/s=1053kg/hRe=d.G/g=0.05X[1053/(3600X無/4X0.052)]/(0.72X10-3)=10350>104：ai0cu0.8;Ap=人l?p?u2/2dAp℃u2或u20c△p因此u'2/u2=(Apz/Ap)ai'/ai=(u，/u)0.8=[(—，/△p)0.5]0.8=[30.5]0.8ai'=[3“I"8ai=[3"51"8X880=1366W/nT.CK°'=1/[1/260+57/(50X1366)]=214W/m2.C熱平衡方程△p改變后：m2'Cp(t2'-t1)=mCp1(T2-T1)TOC\o"1-5"\h\z△p改變前:m2Cp?(t2-t1)=m1Cp(T2-T1)(1)m2'CPy-t1)=m2Cp2(t2-t1)(2)m2'/m2=u'/u=(Apz/△p)0.5=30.5以上關系代入式(2):3Cp2(t2'-t1)=m2Cp2(t2-t1)30.5(t2，-20)=50-20t2，=37.3C△tm'=[(120-37.3)-(70-20)]/ln[(120-37.3)/(70-20)]=65CAo'=36700/214/65=2.64m2<3.2m2即^p加大后所需的傳熱面積小于換熱器具有的傳熱面積，故當△p加大后換熱器能完成傳熱任務。9.04b200994在一傳熱面為30m2的列管式換熱器中，用120c的飽和蒸汽冷凝將氣體從30c力口熱到80C,氣體走管內，流量為5000m3/h,密度為1kg/m3(均按入口狀態(tài)計)比熱為1kJ/kg.K，估算此換熱器的傳熱系數(shù)。若氣量減少了50%,估算在加熱蒸汽壓力和氣體入口溫度不變的條件下，氣體出口溫度變?yōu)槎嗌?？解：①求K根據(jù)Q=KA